Aerodynamique Mecanique Corrige PDF [PDF]

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B.I.A.

FICHE ELEVE

LA SUSTENTATION AERODYNAMIQUE N°

LA SUSTENTATION ______________________________________________________________________________ c'est l'effet porteur dû aux actions combinées des pressions et dépressions que ______________________________________________________________________________ l'air exerce sur un corps La pression est _________________________________________________________________ l'application d'une force sur une surface : P = F / S Corps au repos Vitesse du vent

1/ Corps au repos : on appelle "pression statique PS", la pression excercée par l’air immobile sur toute la surface d’un corps au repos

Vitesse de déplacement du car

Vitesse du vent relatif

{

2/ Corps en mouvement : on appelle pression dynamique PD, l’énergie acquise par l’air grâce à sa vitesse, ou pression due à la vitesse du vent relatif appliqué sur une surface perpendiculaire aux filets d’air. La valeur de cette pression peut être déterminée par le loi de Bernouilli :

PS + PD = PT

½ ρ V

2

PD =

V = Vitesse du vent relatif ρ = masse volumique de l’air

On appelle pression totale « PT », ou pression d’impact « PI », la somme des pressions statique et dynamique L’air étant compressible, sa masse volumique est proportionnelle à la pression exercée et inversement proportionnelle à la température. La force résultant de la pression dynamique sur une surface perpendiculaire « S » vaut :

Force = Pression x Surface ⇒ Force aérodynamique = PD x S =

FORCE AERODYNAMIQUE

Fz = ½ ρ V2 S Cz Bord d’attaque

Angle d’incidence

Fa = ½ ρ V S Ca 2

Zone de dépression

Tx = ½ ρ V2 S Cx CP Bord de fuite

Vent relatif

½ ρ V2 S

Zone de surpression

Centre de poussée « CP »

___________________________ c'est la force générée par l'en___________________________ semble des surpressions à ___________________________ l'intrados et des dépressions à ___________________________ l'extrados. Elle augmente avec ___________________________ vitesse et angle d'incidence Son centre d’application s’appelle :

___________________ Centre de poussée

COMPOSANTES DE LA FORCE AERODYNAMIQUE (Fa)

(Fz) est la composante aérodynamique perpendiculaire aux filets ______________________________________________________________________________________________ d'air du vent relatif. La traînée _____________________________________________________________________________________ (Tx) est la composante aérodynamique parallèle aux filets d'air du ______________________________________________________________________________________________ vent relatif. LE CENTRE DE POUSSEE _______________________________________________________________________ (C.P.) point d'application des forces aérodynamiques. ______________________________________________________________________________________________ Il se déplace suivant l'angle d’incidence LE FOYER ____________________________________________________________________________________ est le point d'application des variations de portance. Il est fixe

La portance____________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________

Les coefficients CZ et Cx sont respectivement les coefficients de portance et de traînée. Ils varient en fonction :

a/ ____________________________ la forme du profil

Charles PIGAILLEM

b/ _____________________________ l’angle d’incidence CIRAS

AM.5- 01

FICHE ELEVE

B.I.A.

LA POLAIRE DE L’AILE

N°

VARIATION DU COEFFICIENT DE PORTANCE A/ Cas d’un profil symétrique

B/ Cas d’un profil dissymétrique Cz

Cz Cz maxi, incidence maxi

2

2

Incidence nulle

Incidence de décrochage

3

3

α

Incidence > 0

α

1

A portance nulle, l’incidence est ____________ négative

Incidence = 0

1 A incidence nulle, la portance est ___________ positive

l'incidence et le coefficient de portance sont nuls 1/ ____________________________________________________________________________ l'incidence et le coefficient de portance sont au maximal 2/ ____________________________________________________________________________ Entre 2 et 3/ l'incidence ____________________________________________________________________ augmente tandis que le coefficient de portance diminue 3) ____________________________________________________________________________ l'aile décroche, il n'y a plus de portance VARIATION DU COEFFICIENT DE TRAINEE Cx A/ Profil symétrique à incidence nulle, la traînée est___________ positive et minimale

Cx

B/ Profil dissymétrique à traînée minimale, l’incidence est ________ négative

α

α

La trainée est toujours ______________ positive LA POLAIRE D’UN PROFIL Cz Cz max

θ DECROCHAGE α ~18°

FINESSE consommation MAXIMALE distance minimale (Maxi-range)

En se rappelant que l’incidence augmente en même temps que Cz, la polaire donne les valeurs des coefficients de pôrtance et de traînée pour chaque valeur d’incidence.

LA FINESSE _________________________ est le rapport entre les

Traînée minimale

___________________ coeff. Cz et Cx Cz nul

Cx Vol inversé

Piqué Charles PIGAILLEM

f = Cz/Cx

La portance augmentant avec l’incidence, on peu prendre par exemple pour chaque point remarquable : Cz nul, incidence ≈ - 4 Fx mini, incidence ≈ 5° Finesse max, incidence ≈ 10° Cz max, incidence ≈ 15° CIRAS

AM.4- 02

FICHE ELEVE

B.I.A.

DESCRIPTION GEOMETRIQUE DE L’AVION N° ENVERGURE « b » : longueur comprise entre les extrémités extérieures des deux demi-ailes.

(flèche)

ϕ

SURFACE ALAIRE « S » : surface de l’aile projetée (ombre) sur le plan perpendiculaire à l’axe des lacets de l’avion. Dans le cas d'une aile haute, la surface alaire comprend, en sus de la surface alaire de chaque demi-aile, la surface correspondant à la largeur du fuselage.

S/2

DIEDRE (δ): angle formé entre le plan de l’aile et le plan perpendiculaire au plan de symétrie de l’avion.

δ (dièdre)

Ombre horizontale

FLECHE « ϕ » : angle compris entre une ligne de référence de l'aile et la perpendiculaire au plan de symétrie de l’avion. PROFIL D'AILE coupe de l'aile suivant un plan parallèle au plan de symétrie de l'avion, plan lui même perpendiculaire au plan de la surface alaire.

S/2

ϕ

Angle de calage

Axe longitudinal de l’avion Plan de symétrie de l’avion

LIGNE MOYENNE ligne à égale distance de l'extrados et de l'intrados (en pointillés) PROFONDEUR longueur de la corde de référence prise du bord d’attaque au bord de fuite

Plan // au plan de symétrie de l’avion

S

ALLONGEMENT C’est le rapport entre l’envergure et la profondeur moyenne de l’aile

λ=

benvergure

lm

=

b2

lm x b

=

Profondeur moyenne

l

( m)

b2 S

Profondeur moyenne

l

lm

Profil de référence de l’aile

( m) L’ANGLE DE CALAGE Angle compris, par construction, entre l’axe longitudinal de l’avion et la corde de référence de l’aile.

Charles PIGAILLEM

Surface rectangulaire équivalente à la surface alaire de la demi-aile

CIRAS

AM.5- 03

CARACTERISTIQUES PROFILS D’AILESAERODYNAMIQUES DES VOILURES

B.I.A.

FICHE ELEVE

N°

PROFILS D’AILES

Profil creux

Profil plan-convexe Profil symétrique bi-convexe

Profil à double courbure auto-stable Profil supercritique

PLANS LONGITUDINAUX : FORMULE CLASSIQUE PLANS LONGITUDINAUX : FORMULE CLASSIQUE Voilures plus stables

Aile trapézoïdale en « flèche »

Aile trapézoïdale en flèche inversée

Aile elliptique

Aile rectangulaire

Empennage arrière

Empennage arrière

Empennage arrière

Empennage arrière

PLANS LONGITUDINAUX : FORMULE « CANARD » PLANS LONGITUDINAUX : FORMULE « CANARD » Voilures plus stables

Empennage avant

Aile Gothique

Empennage avant

Aile DELTA

Aile trapézoïdale en flèche Aile trapézoïdale en flèche inversée

PLANS FRONTAUX : AILES PLANS FRONTAUX : AILES Voilures plus stables

Aile haute dièdre nul Aile médiane dièdre positif

Aile basse dièdre positif

Aile semi-basse, dièdre en bout

Aile médiane dièdre négatif

PLANS FRONTAUX : EMPENNAGES CRUCIFORMES PLANS FRONTAUX : EMPENNAGES CRUCIFORMES

Classique Charles PIGAILLEM

En Té

En Vé CIRAS

Double AM.5- 01

FICHE ELEVE

B.I.A.

LA STABILITE

N°

LE DERAPAGE Lors d’un dérapage, l’écoulement de l’air n’est pas parallèle au plan de symétrie de l’avion. On dit que cet écoulement est dissymétrique _____________ Stabilité de route Angle d’attaque

a) l’effet du vent sur les surfaces verticales (dérive et fuselage) tend à « redresser » l’avion

V p

par

rotation

autour

de

l’axe

de

______________ lacets

Vent relatif Vent relatif

b) Par effet de la flèche, l’aile « en avant Flèche

attaque le vent relatif de front, alors que l’aile en arrière l’attaque plus en oblique. La traînée de l’aile en avant est plus importante _______________ que celle de l’aile en arrière. Par suite, on constate un effet correcteur de cap par rotation

Réaction de compensation

autour de l’axe de ____________________. lacets Stabilité latérale L’aile en arrière "sous le vent", attaque les filets d’air en oblique, sa traînée et sa portance sont

2/ Réaction

1/ Dérapage

________ moins importantes que celles de l’aile "en avant". La différence de portance entraîne une rotation autour de l’axe de ___________, et roulis une

contre-réaction

tend

à

réduire

le

déplacement ______________ de l’avion. Cet latéral Dièdre

effet est accentué par le ___________ de dièdre chaque demi-aile de l’avion.

LA GLISSADE L’appareil étant incliné (sans mise en virage), il glisse vers le bas. L’aile au vent, par effet du au dièdre, a une portancesupérieure ___________ à celle de l’aile sous le vent. Il s’ensuit une rotation autour de l’axe de ____________. L’attaque du vent relatif latéral roulis sur la dérive ajoute à cette correction mais avec un

Vent relatif latéral

effet de rotation autour de l’axe de _________ lacets Charles PIGAILLEM

CIRAS

AM.4- 05

B.I.A.

FICHE ELEVE

ECOULEMENTS HELICOÏDAUX

N°

LE SOUFFLE HELICOÏDAL DE L’HELICE

La masse d’air refoulée par l’hélice vers l’arrière tourne dans le même sens. Il résulte de ce souffle : - dissymétrie de l’écoulement de l’air sur les surfaces aérodynamiques verticales ___________ entraînant une _______________________ rotation autour de l’axe des roulis et de______________ lacet Cet inconvénient sera réduit en vol de croisière par un déport de _____________________ la dérive

décalant par rapport à l’axe des roulis et en _________________ l’axe du moteur. plus importante - une traînée _____________________________ sur la surface du fuselage que sur les autres surfaces.

TOURBILLONS MARGINAUX Appelés également turbulence de sillage, ces tourbillons sont dus au principe même de la portance qui n’existe que par la différence de pression entre l’intrados et l’extrados de l’aile. La pression étant plus importante à _________________, l’intrados l’air tend à se déplacer vers _________________ l’extrados afin d’équilibrer

l’intrados les pressions. Ce courant d’air se traduit par une divergence des filets à ________________ et une convergence des filets vers le fuselage à _________________. l’extrados

induite ll résulte de ce phénomène, une traînée ________________________qui est d’autant plus faible que l’allongement de l’aile est ____________ important

Dépression Surpression Ces tourbillons sont dangereux pour un avion léger qui serait pris dans ceux d’un gros porteur. Le pilote prendra garde en tenant compte de la direction du vent qui « transporte ce tourbillon » et il devra se tenir légèrement au dessus de l’aile de cet avion qui le précède Charles PIGAILLEM

CIRAS

AM.5- 06

B.I.A.

DISPOSITIFS HYPERSUSTENTATEURS

FICHE ELEVE

N°

Ils ont pour fonction d'augmenter la portance aux basses vitesses et de ___________________________________________________________________________________________ diminuer la finesse par augmentation de traînée : a)___________________________________________________________________________________ par augmentation de la surface portante b)___________________________________________________________________________________ augmentation de la courbure de l'aile c)___________________________________________________________________________________ augmentations simultanées de la surface portante et de la courbure

___________________________________________________________________________________________________________

DISPOSITIFS DE BORD DE FUITE

DISPOSITIFS DE BORD D’ATTAQUE

Filets d’air



1/ Bec fixe : bec de sécurité,

1/ Volet d’intrados : source d’une traînée importante,

utile à basse vitesse mais présentant une forte traînée à grande vitesse.

il favorise le freinage aérodynamique à l’atterrissage, mais pénalise les performances au décollage et donne lieu à vibrations.

2/ Becs automatiques : à grande vitesse, ils sont maintenus en configuration lisse (fermé) par la pression dynamique. Ils sortent par gravité à basse vitesse.

2/ Volet ZAP 3/ Bec basculant commandé 3/ Volet de courbure ordinaire 4/ Bec de sécurité à fente : automatique ou commandé 4/ Volet de courbure à fente 5/ Bec HANDLEY-PAGE : bec alliant basculement (augmentation de courbure) et fente qui assure une meilleure efficacité des ailerons à grande incidence

5/ Volet Fowler ordinaire

6/ Volet Kruger

6/ Volet Fowler à fentes multiples

7/ Volet BETZ EFFETS DES DISPOSITIFS DE BORD D’ATTAQUE

EFFETS DE DISPOSITIFS DE BORD DE FUITE

augmentation de Cz max a)________________________________________

a)________________________________________ augmentation de Cz max

augmentation modérée de Cx b)________________________________________

forte augmentation de Cx b)________________________________________

augmentation de l'incidence max c)________________________________________

c)________________________________________

Charles PIGAILLEM

diminution de l'incidence max

CIRAS

AM.5- 07

B.I.A.

AUXILLAIRES AERODYNAMIQUES DE COMPENSATION D’EFFORT

FICHE ELEVE

N°

COMPENSATEURS DE REGIME d'annuler les efforts du pilote aux commandes lors des vols Ils ont pour rôle_______________________________________________________________________ stabilisés ____________________________________________. Ce sont des organes commandés par le pilote. TRIM

P.H.R. (plan horizontal réglable)

Commande rigide de gouverne Gouverne

2 2

1 Câble de commande TAB

L’évolution est commandée par le braquage gouverne(pointillés). Lorsque l'avion est stabilisé sur la nouvelle trajectoire, un calculateur commande un nouveau calage du plan horizontal réglable(P.H.R.). Ce principe a pour avantage de réduire la traînée.

TAB

le trim, ou tab commandé, permet au pilote de régler l'effet de gouverne en fonction du régime de vol stabilisé recherché. (croisière, montée, descente, attitude)

COMPENSATEURS D’EVOLUTION Ils ont pour rôle_______________________________________________________________________ de réduire les efforts pilote aux commandes lors des évolutions ______________________________________________________. de l'avion autour de son centre de gravité Ce sont des organes automatiques dont l’effet est proportionnel au braquage de la gouverne commandée. Bec débordant (ou corne débordante) de gouverne de direction

« Fa . L » est le moment que doit équilibrer le pilote par son effort. « Fb .l » est le moment assistant le pilote dans son effort GOUVERNE A AXE DÉPORTÉ

Câble de commande gouverne

TAB AUTOMATIQUE Gouverne Braquage gouverne

Tringle rigide

TAB

a) Gouverne au neutre Charles PIGAILLEM

b) Gouverne braquée CIRAS

AM.4- 08

FICHE ELEVE

B.I.A.

VOL EN PALIER STABILISE

N°

Force aérodynamique

Portance DEFINITION __________________________________ Vol horizontal à vitesse et __________________________________ altitude constante

α : Angle d’incidence

VR (Vent relatif)

CP

Traction

Pour que la vitesse soit constante il faut :

Traînée

Pour l’altitude soit constante il faut :

Portance = Poids

Traction = Traînée

Poids RELATION VITESSE / INCIDENCE Si la traction augmente, la vitesse _________________, monte augmente la portance _______________, augmente l’avion __________ Si l’incidence augmente, la portance _________________, augmente l’avion _______________ monte Si la traction diminue, la vitesse ________________, descend diminue la portance _____________, diminue l’avion ______________ Si l’incidence diminue, la portance _________________, l’avion ____________ descend diminue Pour effectuer un vol à altitude constante, il faut : -

si la vitesse augmente

: ___________________________________ diminuer l’incidence

-

si la vitesse diminue

: ___________________________________ augmenter l’incidence

-

si l’incidence augmente

diminuer la traction : ___________________________________

-

si l’incidence diminue

: ___________________________________ augmenter la traction

EFFET D’UNE RAFALE ASCENDANTE (Vwz) Une rafale ascendante a pour effet d’augmenter l’incidence et par conséquent la portance. Mais si, avant que n’ est lieu la rafale, l’avion volait déjà à une incidence proche de l’incidence maximale (vitesse minimale et coefficient de portance maximal) :

∆Fz Fz α Vw (rafale)

∆α mg

il y a risque de décrochage __________________________________

VR (vent relatif)

Charles PIGAILLEM

CIRAS

AM 5 - 09

FICHE ELEVE

EQUILIBRE LONGITUDINAL DE L’AVION

B.I.A.

EQUILIBRE LONGITUDINAL

α

Incidence nulle ou négative

Portance F1

M1 = F1 x l

N°

l CG CG

-- α α

CP CP

M2 = F2 x L

L

M1 = M2

POIDS (mg)

STABILITE LONGITUDINALE

Déportance (Portance négative)

F2

∆ Fz

α + ∆α

Moment à piquer

RAFALE VR

α

∆α

C

-C _______________________________________ Les évolutions de l'avion s'effectuent

___________________________________________________ autour de son centre de gravité "C.G.". Ce dernier ___________________________________________________ n'étant pas confondu avec le centre de poussée

Composante horizontale de vent

"C.P.", il apparaît un bras de levier "l " et, par ___________________________________________________ conséquent, un moment à piquer M1 compensé ___________________________________________________ par le moment à cabré M2 du plan fixe arrière ___________________________________________________

MODIFIER L’EQUILIBRE LONGITUDINAL On peut être amené à modifier l’équilibre longitudinal pour :

maintenir la portance lors de variations de vitesse a) __________________________________________________________ maintenir l'incidence lors de rafales b) __________________________________________________________ c) __________________________________________________________ augmenter ou diminuer la portance pour monter ou descendre On peut modifier cet équilibre en modifiant _________________________________ le calage de l’empennage PRINCIPE : ____________________________________________________________________________ gouverne de profondeur ou empennage mobile modifiant « M2 » Gouverne de profondeur baissée :

Gouverne de profondeur levée :

Calage empennage : _________________ positif

Calage empennage :_______________ négatif

diminue Incidence d’aile : ___________________

Incidence d’aile : _________________ augmente

Charles PIGAILLEM

CIRAS

AM 5 - 10

FICHE ELEVE

B.I.A.

LE VOL EN VIRAGE

N°

DEFINITION DU VIRAGE _________________________________________________________ Le virage est un changement permanent de trajectoire ______________________________________________________________________________ dans un plan horizontal Traction

Trajectoire initiale

Force de déviation

que c'est une déviation On peut également dire _____________________________ permanente ________________________________________________ obtenue la création et le maintien d'une ________________________________________________ force d'accélération déviatrice MISE EN VIRAGE (on incline l’avion) VOL RECTILIGNE HORIZONTAL

baissé

Demi-aile levée, aileron ______________

VIRAGE STABILISE

Fz Fz1

(Fz1 + Fz2)

Fz1 Fz2

Fz1

Fd Fz2

Fz2

-

Aile horizontale - Ailerons ______________________

au neutre

levé

au neutre

Ailerons ________________

Demi-aile baissée, aileron ____________

Fz1 = Fz2

Fz1 = Fz2

on constate : Fz1 > Fz2

s’incline

l’avion __________________

incliné

L’avion reste _________________

MAINTIEN DE L’ALTITUDE Si l’on incline l’avion sans augmenter la portance, la composante Fv est inférieure au poids de l’avion. Il faut donc augmenter la portance lors de Fv

∆ Fz

maintenir l’altitude

l’évolution en virage pour _____________________________ . Pour cela, deux solutions : -

augmentation de l’incidence ____________________________________________ augmentation de la traction ____________________________________________

de même que Fv équilibre le pois de l’appareil, on voit apparaître, en virage, un poids apparent qui équilibre la portance en évolution. Ce poids apparent est supérieur au poids réel, l’avion semble lourd.

DEFINITION DU FACTEUR DE CHARGE POIDS APPARENT

Charles PIGAILLEM

POIDS REEL

Facteur de charge =

CIRAS

Portance en évolution Poids apparent = Portance en palier Poids réel

AM.05-11

FICHE ELEVE

EFFETS SECONDAIRES ET CONTRÔLE DU VIRAGE

B.I.A.

N°

LE FACTEUR DE CHARGE Il a pour effet __________________l’avion "d'alourdir" qui perd alors de _____________ l’altitude Pour maintenir ________________ à puissance constante, il faut l’altitude ______________________ la portance en ____________________ augmentant augmenter l’incidence, et par conséquent la vitesse ______________ diminue . Pour maintenir ________________ à vitesse constante, il faut l’altitude ___________________________ augmenter Poids apparent

la

portance

en

conservant

_______________________ l’incidence et en augmentant, si possible, la Poids réel

_______________ . puissance

LE LACET INVERSE En virage, à inclinaison (1) et évolution autour de l’axe des lacet (2), l’aileron baissé (aile levée extérieure au virage) est à l’origine d’une traînée plus importante que celle due à l’aileron levé (aile baissée intérieure au virage) ; il s’ensuit un effet inverse sur l’axe des lacets (3)

3 Effet de lacet inverse

1

Corrections : 1

a) par construction : ________________ braquage _________________________________ différentiel des ailerons b) le pilote :________________________ par action sur le _________________________________ palonnier qui commande la _________________________________ gouverne de direction

CG

2 1 L’EFFET GYROSCOPIQUE DE L’HELICE Rotation de l’avion autour de l’axe de lacet (virage à gauche)

Lors d’un virage (évolution autour de l’axe des lacets), l’hélice fait, par inertie, "basculer" l’avion autour de l’axe des tangages. Le sens du basculement appelé "précession" dépend de : a) sens ____________________________ de rotation de l’hélice

Précession

b) sens ____________________________ du virage dans le cas d’un virage à droite, hélice tournant en sens anti-horaire vue de la place pilote, l’avion aura tendance à : ___________ cabrer

Rotation hélice

Voir fiche sur les lois gyroscopiques

pour le même avion en virage à gauche, la tendance est à ________________ piquer

Charles PIGAILLEM

CIRAS

AM.5- 12

supérieur au poids apparent et à la portance inférieur au poids réel

Composante de poids longitudinale =

N°

traction

Force aérodynamique Portance

=

Vp Vz

Pente en % x 0,6 Composante de poids longitudinale

Pente % =

Vitesse verticale (ft/mn)

Vitesse propre (kt)

Traînée

Vz Vp

incidence

Poids apparent Pente

Distance horizontale parcourue

Poids réel

Distance verticale parcourue

Pente degrés

=

CIRAS

Distance horizontale Distance verticale

Finesse =

Charles PIGAILLEM

B.I.A.

AM 4- 13

=

Poids apparent =

DESCENTE PLANEE RECTILIGNE

FICHE ELEVE

Poids réel =

B.I.A

FICHE ELEVE

VOLS MOTORISÉS SUR PENTES

DESCENTE RECTILIGNE STABILISEE Poids apparent =

Force aérodynamique

Inférieur au poids réel

traction + composante de poids

Traînée =

N°

Portance

Poids réel = composante de poids + poids app Facteur de charge

n